Como desenhar o potencial desse chapéu mexicano em particular?

Question

Eu sei que há algumas outras perguntas sobre chapéus mexicanos aqui, mas nenhuma das respostas me parece completa. Gostaria de desenhar a figura a seguir com TikZ com eixo e rotulagem semelhantes. Como alguém pode fazer isso?

Meu exemplo mínimo é assim

\documentclass[border=5mm]{standalone}
\usepackage{pgfplots}
\begin{document}
      \begin{tikzpicture}
        \begin{axis}[  axis lines=center, axis on top = false, 
    view={140}{15},axis equal,title={The Mexican hat potential},
          colormap={blackwhite}{gray(0cm)=(1); gray(1cm)=(0)},
            samples=30,
            domain=0:360,
            y domain=0:1.25,
            zmin=0,
        zmax=0.9,
        xlabel=$\phi_{Im}$,
        ylabel=$\phi_{Re}$,
        zlabel=$V$,
        yticklabels={,,},
        xticklabels={,,},
        zticklabels={,,}
        ]
        \addplot3 [surf, shader=flat, draw=black, fill=white, z buffer=sort] ({sin(x)*y}, {cos(x)*y}, {(y^2-1)^2});
        \end{axis}
    \end{tikzpicture}
\end{document}

Não gosto da saída (veja abaixo) porque quero um sistema de coordenadas para destros com o eixo z apontando para cima e o eixo x apontando para fora da tela, como na figura anexada. Se os travessões forem muito difíceis de implementar, também posso passar sem eles.

Para acertar os eixos, ajustei o ângulo de visão para "acertar", mas isso também não é simples no momento. Finalmente, a rotulagem está definitivamente errada, como pode ser visto na saída. Qualquer ajuda seria apreciada.

EDIT: Parece haver algum tipo de bug na rotulagem. vou tentar o que hárecomendado neste tópico.

Answer 1

Tudo bem se os desenharmos?

\documentclass[border=5mm]{standalone}
\usepackage{pgfplots,amsmath}
\begin{document}
    \begin{tikzpicture}
        \begin{axis}[
            hide axis,
            %axis lines=middle,
%            axis on top,
%            axis line style={blue,dashed,thick},
%            ymin=-2,ymax=2,
%            xmin=-2,xmax=2,
%            zmin=-2,zmax=2,
            samples=30,
            domain=0:360,
            y domain=0:1.25,clip=false
        ]
        \addplot3 [surf, shader=flat, draw=black, fill=white, z buffer=sort]
           ({sin(x)*y}, {cos(x)*y}, {(y^2-1)^2});
        \draw[blue,thick,dashed] (axis cs:0,0,0) -- (axis cs:1,0,0)
                    node[below,font=\footnotesize]{$\phi_{\text{IM}}$};
        \draw[blue,thick,-stealth] (axis cs:1,0,0) -- (axis cs:1.3,0,0)
                    node[above,font=\footnotesize]{$\hat{y}$};
        \draw[blue,thick,dashed] (axis cs:0,0,0) -- (axis cs:0,-1,0)
                    node[left=2mm,font=\footnotesize]{$\phi_{\text{RE}}$};
        \draw[blue,thick,-stealth] (axis cs:0,-1,0) -- (axis cs:0,-1.5,0)
                    node[right=1mm,font=\footnotesize]{$\hat{x}$};
        \draw[blue,thick,dashed] (axis cs:0,0,0) -- (axis cs:0,0,1)
                    %node[left=2mm,font=\footnotesize]{$\phi_{\text{RE}}$}
                    ;
        \draw[blue,thick,-stealth] (axis cs:0,0,1) -- (axis cs:0,0,1.3)
                    node[right,font=\footnotesize]{$\hat{z}$};
        \end{axis}
    \end{tikzpicture}
\end{document}

Answer 2

Atenção: notei que o PDF abaixo do Potencial do Chapéu Mexicano está meio corrompido. Eu suspeito da bola sombreada. É corrompido no sentido de que quando você tenta imprimi-lo: Em alguns softwares ele não pode ser impresso (como o acroread do UNIX) e em alguns outros softwares apenas um quarto (o terceiro quadrante) da bola é realmente impresso junto com o resto do documento.

Apenas para futuros usuários e para referência, gostaria de postar minha solução para este problema. Embora não reproduza a figura do OP, é ainda melhor. Então aqui está meu código, que é extremamente manual, no sentido de que tive que obtê-lo por tentativa e erro e copiando e colando de várias fontes diferentes:

    \documentclass[border=5mm]{standalone}
\usepackage{pgfplots}
\usepackage{tikz}
\pgfdeclarefunctionalshading{sphere}{\pgfpoint{-25bp}{-25bp}}{\pgfpoint{25bp}{25bp}}{}{
%% calculate unit coordinates
25 div exch
25 div exch
%% copy stack
2 copy 
%% compute -z^2 of the current position 
dup mul exch
dup mul add
1.0 sub
%% and the -z^2 of the light source 
0.3 dup mul
-0.5 dup mul add
1.0 sub
%% now their sqrt product
mul abs sqrt
%% and the sum product of the rest
exch 0.3 mul add
exch -0.5 mul add
%% max(dotprod,0)
dup abs add 2.0 div 
%% matte-ify
0.6 mul 0.4 add
%% currently there is just one number in the stack.
%% we need three corresponding to the RGB values
dup
0.4
}
\begin{document}
      \begin{tikzpicture}
          \begin{axis}[  axis lines=center, axis on top = false, 
    view={140}{25},axis equal,title={The Mexican hat potential},
          colormap={blackwhite}{gray(0cm)=(1); gray(1cm)=(0)},
            samples=50,
            domain=0:360,
            y domain=0:1.25,
            zmin=0,
        xmax=1.5,
        ymax=1.5,
        zmax=1.5,
        x label style={at={(axis description cs:0.10,0.25)},anchor=north},
        y label style={at={(axis description cs:0.9,0.2)},anchor=north},
        z label style={at={(axis description cs:0.5,0.9)},anchor=north},
        xlabel = $\mathrm{Re}(\phi)$,
        ylabel=$\mathrm{Im}(\phi)$,
        zlabel=$V(\phi)$,
        yticklabels={,,},
        xticklabels={,,},
        zticklabels={,,}
        ]
        \addplot3 [surf, shader=flat, draw=black, fill=white, z buffer=sort] ({sin(x)*y}, {cos(x)*y}, {(y^2-1)^2});
        \end{axis}
        \shade[shading=sphere] (3.47,3.5) circle [radius=0.15cm];
        \shade[shading=sphere] (5.2,2.2) circle [radius=0.15cm]; 
        \node[anchor=east] at (4.05,3.71) (text) {A};
  \node[anchor=west] at (5.5,3.0) (description) {B};
  \draw (description) edge[out=180,in=0,<-] (text);
    \end{tikzpicture}
\end{document}

E aqui está o resultado disso: